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低压差线性稳压器
阅读:5744时间:2011-02-04 21:17:48

  低压差线性稳压器是新一代的集成电路稳压器,它与三端稳压器的不同点在于,LDO是一个自耗很低的微型片上系统(SoC)。它可用于电流主通道控制,芯片上集成了具有极低线上导通电阻的MOSFET,肖特基二极管、取样电阻和分压电阻等硬件电路,并具有过流保护、过温保护、精密基准源、差分放大器、延迟器等功能。PG是新一代LDO,具各输出状态自检、延迟安全供电功能,也可称之为Power Good,即“电源好或电源稳定”。

  低压差线性稳压器通常具有极低的自有噪声和较高的电源抑制比(PSRR,PowerSupplyRejectionRatio)。

原理

  低压差线性稳压器(LDO)的基本电路如图所示,该电路由串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。

低压差线性稳压器基本电路

  如图 低压差线性稳压器基本电路

  取样电压加在比较器A的同相输入端,与加在反相输入端的基准电压Uref相比较,两者的差值经放大器A放大后,控制串联调整管的压降,从而 稳定输出电压。当输出电压Uout降低时,基准电压与取样电压的差值增加,比较放大器输出的驱动电流增加,串联调整管压降减小,从而使输出电压升高。相 反,若输出电压Uout超过所需要的设定值,比较放大器输出的前驱动电流减小,从而使输出电压降低。供电过程中,输出电压校正连续进行,调整时间只受比较 放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。

  应当说明,实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能,比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等,而且串联调整管也可以采用MOSFET。

参数

  1.输出电压(Output Voltage)

  输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数,也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型。固定输出电压稳压器使用比较方便,而且由于输出电压是经过厂家精密调整的,所以稳压器精度很高。但是其设定的输出电压数值均为常用电压值,不可能满足所有的应用要求,但是外接元件数值的变化将影响稳定精度。

  2.输出电流(Maximum Output Current)

  用电设备的功率不同,要求稳压器输出的电流也不相同。通常,输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本,在多只稳压器组成的供电系统中,应根据各部分所需的电流值选择适当的稳压器。

  3.输入输出电压差(Dropout Voltage)

  输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。在保证输出电压稳定的条件下,该电压压差越低,线性稳压器的性能就越好。比如,5.0V 的低压差线性稳压器,只要输入5.5V 电压,就能使输出电压稳定在5.0V。

  4.接地电流(Ground Pin Current)

  接地电路IGND 是指串联调整管输出电流为零时,输入电源提供的稳压器工作电流。该电流有时也称为静态电流,但是采用PNP 晶体管作串联调整管元件时,这种习惯叫法是不正确的。通常较理想的低压差稳压器的接地电流很小。

  5.负载调整率(Load Regulation)

  负载调整率可以通过图1和以下式子1来定义,LDO 的负载调整率越小,说明LDO 抑制负载干扰的能力越强。

Output Voltage&Output Current

  如图1 Output Voltage&Output Current

式子1

  6.线性调整率(Line Regulation)

  线性调整率可以通过图2和以下式子2来定义,LDO 的线性调整率越小,输入电压变化对输出电压影响越小,LDO 的性能越好。

Output Voltage&Input Voltage

  图2 Output Voltage&Input Voltage

式子2

  7.电源抑制比( PSRR)

  LDO 的输入源往往许多干扰信号存在。PSRR 反映了LDO 对于这些干扰信号的抑制能力。

噪声排除

  低压差线性稳压器的输出噪声受其内部设计和外部旁路、补偿电路的影响。图3是低压差线性稳压器的简单结构框图。由图可知,低压差线性稳压器输出噪声的主要来源是基准电路(Voltage Reference)模块,其产生的基准噪声在输出端被放大。此外,影响低压差线性稳压器输出噪声的其他因素还有:低压差线性稳压器内部放大器的极点、零点和输出极点,外部输出电容的容值和输出电容的等效串联电阻(ESR)值,以及负载值。

低压差线性稳压器简单结构

  图3  低压差线性稳压器简单结构

  降低输出噪声的方法

  ● BP 端加旁路电容

  为降低基准噪声,需要在基准的输出端增加一路低通滤波器,滤波器可以集成在低压差线性稳压器内部或由外部电路实现。但内置滤波器占用了较大的管芯尺寸,增加了芯片的设计和生产成本。为此,有些低噪声低压差线性稳压器芯片只是提供一个基准的引脚BP(Bypass),用于连接基准旁路电容。

  连接基准旁路电容可降低基准噪声,使基准噪声成为产生低压差线性稳压器输出噪声的次要因素。建议使用典型值为 470pF~0.01μF的陶瓷电容,也可使用此范围以外的电容,但会对输入电源上电时低压差线性稳压器 输出电压上升的速度产生影响。旁路电容值越大,输出电压上升速率越慢。在使用时要注意这点。

  图4为旁路电容对SG2001输出噪声的影响。由图可见,随着旁路电容的增大,输出噪声也会有一定程度的减少。

旁路电容对SG2001输出噪声的影响

  图4  旁路电容对SG2001输出噪声的影响

  ● 减小低压差线性稳压器的负载电流。

  负载电流也会在一定程度上影响低压差线性稳压器的输出噪声。图5为负载电流对SGM2007输出噪声影响。由图可见,随着负载电流的增大,输出噪声也会有一定的增加。为了减小负载电流对低压差线性稳压器输出噪声的影响,要尽量选择输出电流大的低压差线性稳压器。

负载电流对低压差线性稳压器噪声的影响

  图5  负载电流对低压差线性稳压器噪声的影响

  ● 增大低压差线性稳压器的输出电容

  低压差线性稳压器需要连接外部输入和输出电容器。利用较低ESR的大电容器一般可以全面提高电源抑制比(PSRR)、噪声以及瞬态性能。陶瓷电容器通常是,因为其价格低且故障模式是断路模式。此外,输出电容器的等效串联电阻(ESR)也会影响其稳定性。陶瓷电容器具有较低的ESR,大概为10 mΩ量级。

发展

  中国集成电路(IC)产业经过40 余年的发展,已经形成了一个良好的产业基础,并已经进入了一个加速发展的新阶段[2]。借鉴国外先进技术,充分利用国内优惠政策,是当前国内各个IC 公司发展的立足点。

  作为被广泛应用于手机、 DVD、数码相机以及Mp3 等多种消费类电子产品中的稳压芯片, 低压差线性稳压器 已引起人们的高度重视。国内早期从事低压差线性稳压器 生产的圣邦微电子有限公司生产的SG2001、SG2002 及SG2003 系列低压差线性稳压器,足以满足当前市场上主流电压、电流的需要;它的SG2004、SG2011 以及SG2012 系列产品,非常适合于大电流负载应用;而它的SGM2007/2006/2005 系列RF 低压差线性稳压器 更适用于手机电源的应用。尽管是国产芯片,但这些芯片的性能丝毫不逊色于国外同类产品,而价格更适合于当前国内市场。

  由此看来,国内与国外IC 发展的差距将不会越来越大,每个国人都可以相信,中国不仅可以成为IC 产业的新兴地区,更能成为世界IC 强国。

应用

  1.手机

  2.无绳电话设备

  3.照相机

  4.蓝牙及其他射频产品

  5.基准电压源

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